靜電力做功與電勢能 高一下學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊

第二章

電勢能與電勢差第1節(jié)靜電力做功與電勢能1.通過計算在勻強(qiáng)電場中移動電荷靜電力所做的功，認(rèn)識靜電力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn)。2.通過類比重力勢能引入電勢能，了解電荷在電場中的電勢能，知道靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系。問題：一個帶正電的試探電荷在勻強(qiáng)電場中某點(diǎn)由靜止釋放，若只受靜電力作用，將如何運(yùn)動?動能如何變化？E在電場力作用下電荷加速運(yùn)動，試探電荷的動能增加.+F思考：是什么能轉(zhuǎn)化為試探電荷的動能呢?01靜電力做功的特點(diǎn)思考與討論：

重力做功：W=mghh是高度差靜電力做功：W=qEdd是位移重力做功具有跟路徑無關(guān)的特點(diǎn)，靜電力做功是否也具有這一特點(diǎn)?MEABθ+qF問題1：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿直線移至B，求電場力的功W=F·|AB|cosθ=q

E·|AM|問題2：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿折線移至B，求電場力的功對AM:W1=qE·|AM|對MB:W2=0對全程:W=W1+W2=qE·|AM|MEABθ++qF問題3：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿曲線移至B，求電場力的功W=W1+W2+W3+…

=qE·|AM|W1=q

E

·x1W2=qE·x2W3=qE·x3…………x1+x2+x3+…=?M?EAB+qFEAB+qF+qF+qF+qFMx1x2x3QPFΔd在勻強(qiáng)電場中移動電荷時，靜電力的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。此結(jié)論對于非勻強(qiáng)電場也適用這與什么力做功相似呢？沿任意路徑靜電力做功:W任意=qE·|AM|W任意

=qELcosθ(θ為力與位移之間的夾角)mgqE重力做功類比電場做功功和能量的變化密切相關(guān)。重力做功對應(yīng)著重力勢能的變化，那么，靜電力做功又對應(yīng)著哪種形式的能量變化呢？1.定義：電荷在電場中具有的勢能叫電勢能，用Ep

表示。2.靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系：靜電力做功等于電勢能的減少量（1）當(dāng)WAB>0，則EpA>EpB,表明電場力做正功，電勢能減??；（2）當(dāng)WAB<0，則EpA<EpB,表明電場力做負(fù)功，電勢能增加。02電勢能3.電勢能具有相對性，與零勢能點(diǎn)的選取有關(guān)通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地表面的電勢能規(guī)定為0。

4.電勢能的大小：電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把它從這點(diǎn)移動到零勢能位置時靜電力做的功。

5.電勢能是標(biāo)量，但有正負(fù)。6.電勢能具有系統(tǒng)性是相互作用的電荷所共有的，或是電荷及對它作用的電場所共有的取無窮遠(yuǎn)處為零電勢能點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)的電荷qA、qB

的電勢能分別等于將qA、qB由A、B兩點(diǎn)沿任意路徑移到無窮遠(yuǎn)處靜電力做的功，即EpA

=WA∞，EpB=WB∞。對比項(xiàng)電勢能重力勢能定義電荷在電場中某點(diǎn)時所具有的勢能物體因被舉高而具有的勢能系統(tǒng)電荷與電場物體與地球能量來源電荷與電場間的相互作用物體與地球間的重力相互作用相對性具有相對性，需先確定零勢能面具有相對性，需先確定零勢能面（通常取地面或無窮遠(yuǎn)處）做功與勢能變化電場力做正功，電勢能減?。浑妶隽ψ鲐?fù)功，電勢能增加重力做正功，重力勢能減小；重力做負(fù)功，重力勢能增加做功特點(diǎn)與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)與路徑無關(guān)，只與始末位置的高度差有關(guān)例題：如圖所示，兩塊平行金屬板間距離為4cm，電場強(qiáng)度為5×105N/C。一電子沿電場線從正極板運(yùn)動到負(fù)極板時，靜電力做了多少功？它的電勢能怎樣變化？若規(guī)定負(fù)極板為零電勢能點(diǎn)，電子在正極板的電勢能多大？（電子電荷量的大小為1.60×10-19

C）解：已知E

=5×105N/C，q=1.60×10-19

C，d=0.04m。電子從正極板運(yùn)動到負(fù)極板過程中，所受靜電力方向與位移方向相反，靜電力做的功

W=qEdcos180°=-1.60×10-19×5×105×0.04J=-3.2×10-15J所以，電子的電勢能增大了3.2×10-15J。若規(guī)定負(fù)極板為零電勢能點(diǎn)，電子在正極板具有的電勢能Ep=W=-3.2×10-15J負(fù)號表示電子在正極板的電勢能比在負(fù)極板的電勢能小。策略提煉靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系，和重力做功與重力勢能變化的關(guān)系類似。不管是正電荷還是負(fù)電荷，只要靜電力對電荷做正功，電荷的電勢能就減?。混o電力對電荷做負(fù)功，電荷的電勢能就增大。1.如圖所示，電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中，帶電荷量為+q的電荷沿直線AB、折線ACB、曲線ANB運(yùn)動，已知AB長為d，關(guān)于靜電力做的功和大小關(guān)系，下列說法正確的是（）A．沿折線ACB運(yùn)動時，靜電力做功最多B．沿直線AB運(yùn)動時，靜電力做功最少C．沿直線ANB運(yùn)動時，靜電力做功做多D．這三種運(yùn)動路徑，靜電力所做的功一樣多D2.如圖所示,有一帶電的微粒,在電場力的作用下沿曲線從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn),則微粒(

)A.帶負(fù)電,電勢能增加B.帶負(fù)電,電勢能減少C.帶正電,電勢能增加D.帶正電,電勢能減少D3.如圖所示，水平向右的勻強(qiáng)電場中有一絕緣斜面，一帶電滑塊以Ek0=40J的初動能從斜面底端a沖上斜面，到頂端b后返回。已知滑塊從a滑到b的過程中克服摩擦力做功15J，克服重力做功30J，則（）A．滑塊帶正電，上滑過程中電勢能增加5JB．滑塊上滑過程中機(jī)械能增加10JC．滑塊下滑過程中機(jī)械能減少20JD．滑塊返回到斜面底端時動能為10JD4.將帶電荷量為6×10－6C的負(fù)電荷從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服靜電力做了3×10－5J的功，再從B移到C，靜電力做了1.2×10－5J的功，則：(1)電荷從A移到C的整個過程中電勢能改變了多少？答案(1)電勢能增加了1.8×10－5J。(2)EpB＝3×10－5J，EpC＝1.8×10－5J。(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢能為零，則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢能分別為多少？(3)如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢能為零，則